Comment la sève monte t-elle dans les arbres ?

La science est une invitation à lire notre monde complexe dans sa globalité en dépassant les clivages disciplinaires. Devant un tel sujet d'étude, il faut tirer profit des différentes approches.

En effet, c’est aux frontières des disciplines que résident les « terra incognita » de la science.

Afin de comprendre un peu mieux la théorie qui est avancée pour expliquer la montée de la sève dans des arbres, il est d'abord nécessaire de se familiariser avec la notion de pression négative. A l'instar d'un solide on peut déformer l'eau liquide de 2 manières :

(A) On peut appuyer dessus
(B) On peut tirer dessus ou l'étirer

Étirer un liquide avec une force croissante c'est lui appliquer une pression négative. La pression négative ainsi appliquée finit par "casser" le liquide et se produit alors un changement de phase liquide ------> gaz (des bulles de vapeur d'eau commencent à apparaître). C'est le phénomène de CAVITATION.

L'ébullition et la cristallisation se réalisent à pression constante alors que la cavitation s'effectue à température constante (c'est la pression qui varie).

Au sommet d'un arbre d'une centaine de mètres, la pression est de -9 bars.

La question qui se pose maintenant est la suivante : Quel est le phénomène capable de maintenir dans l'espace (du tronc au sommet de l'arbre) et dans le temps (toute la durée de vie d'un arbre) un tel gradient de pression ?

Le phénomène de l'évapo-transpiration des feuilles à été proposé depuis longtemps.

Les expériences pour valider cette théorie sont difficiles à mettre en oeuvre. En effet, il est plus facile de pousser un liquide que de l'étirer ! Néanmoins, des expériences simulant ce mode de transport ont été tentées : en maintenant l'eau sous tension (pression négative) jusqu'à environ 10 m de hauteur dans des tubes capillaires. L'eau, ainsi maintenue, se retrouve dans un état métastable. Il est cependant très difficile d'éviter le problème de la cavitation : formation de bulles au niveau des parois du tube. Ce problème est amplifié par la nature du matériau dont les tubes sont constitués. La cavitation favorisée par les murs (parois internes du tube) devient alors hétérogène. Concernant les mesures in-situ,c'est le capteur de pression lui-même qui est à la source de la cavitation.

Certains doutent même de la validité de ce mode de transport, d'autres disent que ce mode contribue à la montée de la sève mais ne doit pas être le seul en jeu. A ma connaissance, le débat est toujours ouvert !

Pour plus de détails, voir ci-dessous, le site de l'équipe de recherches du professeur Ernst Steudle, tous les articles sont téléchargeables,"c'est rare". Les instruments de mesures sont montrés avec des animations et des explications,....

La cavitation est un problème industriel majeur car elle guette les énormes turbines. Elle les abîme en affaiblissant leur résistance (corrosion, ...)

Un lien, non évident, entre la botanique (la question posée), les sciences de l'ingénieur (comment éviter les problèmes de cavitation sur les turbines), la biologie (les embolies, ou autres ...), la physique (thermodynamique) et la chimie (solvant, soluté,..) est ainsi établi.

Bibliographie
1. "Negative Pressures and Cavitation in Liquid Helium", Humphrey Maris and Sebastien Balibar, Physics Today, 29 -- 34, February 2000.
2. http://www.uni-bayreuth.de/departments/planta/research/steudle/
3. Dictionnaire de la physique; mécanique et thermodynamique, Encyclopedia Universalis et Albin

Naceur Bouziani